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    1. 压缩空气储能技术研究进展及未来展望
    万明忠, 王元媛, 李峻, 鹿院卫, 赵甜, 吴玉庭
    综合智慧能源    2023, 45 (9): 26-31.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.09.004
    摘要275)   HTML13)    PDF (1004KB)(334)   

    储能是实现“2030年碳达峰、2060年碳中和”的关键技术,压缩空气储能具有储能容量大、系统效率高和运行寿命长等优点,是一种适合大范围推广的规模化电力储能技术,也是电网侧规模化消纳可再生能源发电的重要手段。通过对压缩空气储能技术的发展过程进行综述,全面阐述不同形式压缩空气储能系统的工作原理、研究现状以及目前所面临的挑战,从压缩热储存角度分析压缩空气储能未来发展趋势,为压缩空气储能系统的设计提供参考。研究结果显示,随着高温储热技术的发展,高温绝热压缩空气储能技术因其效率优势成为未来压缩空气储能技术发展的热门方向。使用低熔点熔盐作为压缩空气储能系统中储存高温压缩机压缩热的储热介质,可以将压力水的储存温度降低,显著降低压缩空气储能系统的初投资成本。

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    2. 熔盐储热技术的应用现状与研究进展
    张钟平, 刘亨, 谢玉荣, 赵大周, 牟敏, 陈桥
    综合智慧能源    2023, 45 (9): 40-47.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.09.006
    摘要267)   HTML16)    PDF (2330KB)(356)   

    熔盐是一种理想的储热介质,具有黏度低、蒸汽压低、热稳定性高、储热密度高等优点,因此熔盐储热技术可以广泛应用于太阳能光热发电、火力发电机组的调峰调频、供暖与余热回收利用等领域。目前对熔盐储热关键技术的研究普遍以太阳能光热发电为中心展开,针对其他场景的研究与应用不够充分。在不同的应用场景下,熔盐的工作温度区间、加热方式、关键部件的选择和系统流程的布置都有区别。概述了熔盐储热技术的优势特点与技术关键,总结了在不同场景下的研究现状和最新的应用示范,分析了目前熔盐储热技术需要加强研究的关键方面,并提出了未来的发展趋势与目标。

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    3. 综合能源系统中热泵技术研究与应用
    孙健, 王寅武, 吴可欣, 陶建龙, 秦宇
    综合智慧能源    2023, 45 (4): 1-11.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.04.001
    摘要225)   HTML8)    PDF (1697KB)(320)   

    在“双碳”背景下,综合能源系统不断地推进可再生能源灵活消纳、低碳化供热供冷、工业余热利用及配合电网灵活调峰等领域的技术改革。热泵因具有高效率、低污染的特点,在综合能源系统中得到广泛应用。热泵可作为系统的供能及储能单元。在综合能源系统中,以能量来源为依据,热泵被分为空气源、水源、土壤源及余热4类,对作为供能单元的4种热泵分别进行描述;按照储能类型,热泵可被分为储热(冷)及储电2种。热泵的使用实现了综合能源系统的低碳化及高效化运行,但在其应用过程中存在能源匹配以及优化运行等方面的问题。最后,对热泵在综合能源系统中的发展趋势进行了展望。

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    4. 储能技术类型及其应用发展综述
    薛福, 马晓明, 游焰军
    综合智慧能源    2023, 45 (9): 48-58.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.09.007
    摘要201)   HTML12)    PDF (929KB)(536)   

    储能是能源革命的关键性支撑技术。在碳中和背景下,储能技术快速发展,其作用和价值也日益凸显。对现有储能技术的类型和发展状况进行全面分析和总结,着重分析了不同储能技术的特点及差异性,并对其应用场景及经济性做了综合比较。分析认为,电池储能的研究重点是引入新储能材料,解决非传统电化学问题。热化学储能由于过程可逆性能耗小,适合长期存储,但需注重循环动态特性、建模、控制造价成本等。抽水蓄能和压缩空气储能技术成熟、储能容量高,适合大规模储能容量开发,但面临选址受地形限制、前期基建成本高、运维成本差异性大等问题。飞轮储能适用于频繁启动和储能释能周期短的场合,研究关键是如何减少转化过程中能量损耗。氢能应用则受存储运输环节及能源转换效率偏低等因素制约。分析可为储能领域相关研究工作的开展和政策的制定提供一定参考。

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    5. 虚拟电厂关键技术及其建设实践
    刘健, 刘雨鑫, 庄涵羽
    综合智慧能源    2023, 45 (6): 59-65.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.06.008
    摘要183)   HTML8)    PDF (1216KB)(323)   

    在碳达峰、碳中和及构建以新能源为主体的新型电力系统的背景下,虚拟电厂因其对分布式能源的灵活有效管理成为智能电网和能源互联网中的重要组成形式,虚拟电厂通过先进的控制、计量、通信、优化等技术聚合分布式能源资源(可调节负荷、可中断负荷、储能等),实现源、网、荷、储的友好互动和优化运行,有利于资源的合理优化配置及利用。介绍了接入调度系统的虚拟电厂系统结构、网络拓扑、控制策略等关键技术,在虚拟电厂建设过程中的保护配置、信息通信、智能终端等方面存在的问题,提出改进措施,可供同类工程建设项目参考。

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    6. 基于微波热解技术制备生物炭的研究进展
    蒋雨辰, 李清扬, 胡勋
    综合智慧能源    2023, 45 (5): 46-62.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.05.006
    摘要174)   HTML5)    PDF (8115KB)(137)   

    随着社会和经济的发展,农林废弃物、生活垃圾、市政污泥及其他有机固体废弃物的无害化处理受到广泛关注。有机固体废弃物中含有大量碳源,通常的处理方法多是填埋、焚烧和作物残余物还土还田,既造成环境污染,又导致碳源资源的浪费。微波热解(MP)是一种比较新颖的生物质热解处理方式,其具有升温速率快、生物质受热均匀、加热效率高等优点。MP可能会以不同于传统管式炉加热的方式影响生物炭的性质,这是因为在不同的加热方式下,传热和传质方式是不同的。主要总结归纳了MP废弃生物质过程中得到的固体生物炭的性质,包括MP方式及特点的描述,对比不同生物质在不同的微波功率和温度影响下,其热解产物的分布和产率变化。着重比较了不同废弃生物质原料经MP后所得生物炭的形貌差异、生物炭表面官能团变化、生物炭孔结构和比表面积的差异、生物炭中各元素的变化及生物炭热稳定性,以及微波生物炭和常规生物炭的差异。

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    7. 碳中和背景下综合智慧能源的发展现状及关键技术分析
    滕佳伦, 李宏仲
    综合智慧能源    2023, 45 (8): 53-63.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.08.007
    摘要173)   HTML6)    PDF (1233KB)(276)   

    综合智慧能源是一种综合利用信息通信、能源、智能制造等技术手段来实现能源生产、传输、储存、消费和管理的智能化、高效化、绿色化和安全化的能源系统。它不仅是一种技术革命,更是能源行业的革命,推进了传统能源系统向智慧化、综合化和绿色化转型。综合智慧能源系统通过采集、传输、处理和利用能源信息,实现能源的优化分配和精细管理,提高能源的利用效率、降低能源的消耗及排放,从而实现可持续发展。为了分析在碳中和背景下综合智慧能源的关键技术以及未来的发展方向,介绍了国内外综合智慧能源的发展状况,阐述了综合智慧能源的内涵及技术架构,并将其关键技术归纳为能源生产、能源输送、能源存储、能源消费、能源智慧化和多能协同优化等6个方面的技术。对各技术的发展现状和核心问题进行了分析总结。提出了4点建议:推动智能化的电力市场建设,提升能源数据管理能力,推进以电能为基础的客户端供电业务的发展,以及要推进我国自主研发的核心技术和装备。

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    8. 基于门控图神经网络的高容错配电网状态估计方法
    刘艺娴, 王玉彬, 杨强
    综合智慧能源    2023, 45 (6): 1-8.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.06.001
    摘要169)   HTML15)    PDF (1278KB)(184)   

    随着电力系统可再生能源渗透率的逐渐提升,为应对可再生能源的间歇性特点并确保电网安全运行,对配电网进行实时、准确、高容错的状态估计至关重要。针对配电网量测装置装配水平不完备、模型驱动状态估计对高不确定性环境适应性不足的问题,基于数据采集与监视控制(SCADA)系统和相量测量单元(PMU)获得的多个时间尺度的混合量测,提出了一种基于门控图神经网络(GGNN)的高容错配电网状态估计方法,利用图卷积层和类门控循环单元提取量测时空高维特征,挖掘量测量与状态量的时空与因果关系。最后基于IEEE 33节点系统与IEEE 118节点系统进行了仿真验证,结果表明,GGNN能有效拟合配电网量测量到状态量的时空映射,相比传统最小二乘法和多层感知机具有更高的精度和容错性。

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    9. 二氧化碳跨临界循环热泵的应用与发展
    李敏霞, 侯焙然, 王派, 董丽玮, 田华
    综合智慧能源    2023, 45 (4): 12-18.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.04.002
    摘要165)   HTML11)    PDF (1546KB)(312)   

    在碳达峰、碳中和背景下,采用自然工质的CO2热泵更加符合绿色低碳的要求。介绍了国内外CO2热泵应用与研究现状。CO2热泵热水器与传统电热水器相比,CO2排放量减少40%,其最大优势在于,以较大温升保持较高的换热效率。在室外温度较低的情况下,通过使用CO2热泵,铁路沿线和北方农村地区能出产满足要求的热水并具有较高的全年能效比。一些企业已完成CO2车载空调的研发,并已基本实现量产。CO2热泵干燥与传统的电热干燥技术相比,节能率高达55%。CO2热泵技术将是未来研究环保低碳新技术的热点,将在我国碳达峰、碳中和事业中发挥关键作用。

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    10. 基于多目标粒子群算法的配电网储能优化配置研究
    刘子祺, 苏婷婷, 何佳阳, 王裕
    综合智慧能源    2023, 45 (6): 9-16.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.06.002
    摘要159)   HTML12)    PDF (1218KB)(219)   

    储能技术具有对功率和能量的时间迁移能力,能有效改善可再生能源的输出特性和可调度性,是构建新型电力系统解决可再生能源大规模并网问题及促进资源利用的关键技术。研究不同应用场景下储能优化配置对其在配电网中的有效应用具有重要意义。针对综合考量技术性和经济性指标的配电网储能配置多目标优化问题,提出一种基于多目标粒子群优化(MOPSO)算法的配电网储能优化配置方法。采用MOPSO算法对多目标储能配置模型求解,并在种群更新过程中引入自适应变异策略以扩大粒子对空间的探索能力,有效改善种群多样性的同时保证后期收敛性,在储能配置问题上得到全局最优解,实现技术与经济指标多目标综合优化。通过Matlab仿真验证所提方法的可行性与优越性。该研究成果对探索配电网储能优化配置方案具有重要的理论与工程价值。

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    11. 考虑改进阶梯式碳交易机制与需求响应的综合能源系统优化调度
    葛磊蛟, 于惟坤, 朱若源, 王关涛, 白星振
    综合智慧能源    2023, 45 (7): 97-106.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.011
    摘要141)   HTML5)    PDF (1202KB)(213)   

    综合能源系统是推动我国“双碳”目标实施,实现国家能源低碳转型的重要手段之一。为有效提升IES碳减排能力和经济效益水平,提出一种考虑改进阶梯式碳交易机制与需求响应的IES优化调度模型。首先,在能量中心框架下引入碳流模型,促进反应系统中二氧化碳的流动,并改进阶梯式碳交易机制,从而有力推动系统碳减排;其次,引入用户侧的多能需求响应,以价格激励推进用户用能方式转变,促进可再生能源消纳;最后,考虑决策者偏好,以改进碳交易机制为连接点,建立IES低碳经济优化调度模型,以碳排放指标和用户舒适度引导运行调度,并利用CPLEX求解器对IES模型进行求解。进一步,通过5种场景对所提模型和方法进行仿真验证,结果证明了改进碳交易机制、需求响应机制与优化调度模型的配合可有效提高IES的低碳性和经济性。

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    12. 考虑供需不确定性的区域综合能源系统时间解耦分层能量管理
    窦真兰, 沈建忠, 张春雁, 江晶晶, 陈祺, 陈婧
    综合智慧能源    2023, 45 (6): 17-24.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.06.003
    摘要135)   HTML7)    PDF (1386KB)(192)   

    进行以电为核心的区域综合能源系统运行优化研究,有利于提高能源利用率及系统运行的经济性、可靠性。针对区域综合能源系统中可再生能源出力与负荷需求的不确定性,提出基于能量枢纽的时间解耦分层能量管理策略。基于可再生能源和负荷预测的日前静态优化,实现了多种能源形式的协调利用。在基于反馈校正的日内滚动优化中引入储能一致性系数,使储能的日内滚动优化功率尽可能遵循日前静态优化结果,提高储能长时间尺度参与系统功率平衡的能力,降低系统供需不确定性的影响,系统抗干扰性增强;同时,根据功率预测误差按储能容量均衡分配备用功率,以提高惯性时间常数较小的电力电子化系统的安全稳定性。算例仿真证明了上述优化模型和策略的有效性。

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    13. 市场化发电容量补偿机制探索与试点
    冯丽, 刘波, 韩震宇, 张萌雨
    综合智慧能源    2023, 45 (6): 81-86.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.06.011
    摘要134)   HTML5)    PDF (1103KB)(193)   

    新能源和电力现货市场的快速发展使燃煤机组的功能定位发生转变,进而引发了成本搁浅问题。为保障电力系统的容量充裕度,确保电网运行和电力供应安全,市场需要引入容量补偿机制。设计了以市场激励为目标的发电容量补偿机制,讨论了容量补偿机制的执行流程,提出了配套的清算、考核、调整和信息披露等机制,并开展了测算分析,可为国内火电机组发电容量成本回收机制的设计提供参考。

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    14. 区域综合能源系统容量配置和调度策略优化方法研究
    黄银恒, 李猛, 庞毅, 梁茵, 靳增峰, 王金柱
    综合智慧能源    2023, 45 (6): 34-41.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.06.005
    摘要133)   HTML3)    PDF (1703KB)(166)   

    能源网络快速发展的背景下,综合能源系统可综合利用冷热电气等多种能源,显著提高综合能源利用率,是目前的研究热点。重点研究了区域综合能源系统容量配置和调度策略的最优化问题,提出一种优化方法。基于区域综合能源系统结构和能量转换原理,构建区域综合能源系统混合整数线性规划模型,应用求解器即可进行解算,同时可得到最优配置和调度策略结果。仿真结果表明,所提出的方法在实现区域综合能源系统经济、灵活、高效运行的同时,可以有效降低运行成本,促进能源供需平衡。

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    15. 综合能源系统潮流分析模型与方法的研究综述
    邬东烨, 杨迪, 金旭, 洪文鹏, 叶绍义, 赵晓明
    综合智慧能源    2023, 45 (10): 70-81.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.10.009
    摘要132)   HTML9)    PDF (1074KB)(166)   

    多能流潮流分析是研究综合能源系统(IES)状态估计、安全分析与优化控制的重要基础工作。为方便以潮流分析方法研究电、气、热(冷)等能源间的相互转化与耦合联供,综合分析了IES潮流分析的2个主要研究方向,其一为在某确定工况下根据已知参数计算系统的运行状态,包括稳态和动态潮流;其二为在前者基础上考虑系统不确定性参数对系统运行影响的不确定性潮流,并主要以概率潮流解法进行讨论,指出目前多能流混合潮流的研究进展与解耦方法与局限性,总结了最优潮流的求解方式和应用现状。结果表明,目前多能流稳态计算已较为成熟;动态潮流模型多以差分法求解,但准确度和求解效率仍有待提高;不确定性潮流对数据要求较高,无法兼顾计算精度和效率;最优潮流研究多集中于单一目标优化,较少涉及多目标并考虑不确定因素约束的复杂模型。最后,提出目前混合能源潮流计算在模型约束和算法难度等方面的局限性与未来发展前景。

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    16. 基于知识图谱的数据中心综合能源系统研究综述
    王永真, 韩艺博, 韩恺, 韩俊涛, 宋阔, 张兰兰
    综合智慧能源    2023, 45 (7): 1-10.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.001
    摘要131)   HTML12)    PDF (3392KB)(243)   

    作为数字经济时代的关键基础设施,数据中心的能耗和碳排放问题将日益突出。为全面揭示全球数据中心的研究进展,提出基于综合能源系统视角的知识图谱科学计量方法。该方法从研究趋势、理论方法及工程案例等多维度对数据中心综合能源系统的最新研究进行分析。首先,对全球数据中心能量研究领域科技论文的国际合作情况、分布特征及研究热点进行定性与定量分析。对采用能源梯级利用、多能互补以及源网荷储一体化的数据中心综合能源系统进行研究,并对其规划设计、运行评价、计算求解进行分析。分析发现,数据中心能源系统正不断走向包含经济和低碳的多维度全局优化。最后,鉴于传统数据中心综合能源系统评价指标——电能利用效率(PUE)的局限性,提出了新的评价指标及体系。

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    17. 海洋垃圾治理技术综述
    房瑞, 段志勇, 刘在智, 王宇轩, 刘辰希, 李浩, 范垂钢
    综合智慧能源    2023, 45 (5): 70-79.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.05.008
    摘要124)   HTML2)    PDF (2636KB)(145)   

    随着工业技术的发展,海洋垃圾已经成为海洋治理中不可忽视的问题。全球海洋垃圾总量大、分布范围广,包括塑料类、木制品类、纸制品类和金属类,其中塑料是海洋垃圾的主要组成部分。海洋垃圾不仅造成视觉污染、影响船舶行驶安全,还严重威胁海洋生物与海洋生态平衡。综述了海洋垃圾治理技术,包括定位与监测、收集和处理3个环节。定位与监测领域,深度学习技术已经应用于海洋垃圾的自动监测。在收集方面,专业垃圾清理船等传统装置仍占主导地位,自动水面清洁器等新型设备尚在不断研发与完善中。海洋垃圾处理方法主要包括填埋法、焚烧、热解、微生物治理法等,其中热解法不仅避免了二噁英等污染物的产生,还可用于制备高热值燃油等附加产品,有助于实现海洋垃圾能量循环再利用。下一阶段,开发同时具备定位、收集、处理能力的系统将成为趋势。

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    18. 考虑负载响应特性的数据中心综合能源系统优化调度研究
    余文昶, 陈永刚, 曹俊波, 左鹿原, 张相寅, 杨秀
    综合智慧能源    2023, 45 (10): 25-34.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.10.004
    摘要123)   HTML6)    PDF (1418KB)(253)   

    为实现碳达峰、碳中和目标下的“算力+电力”协同,数据中心作为一种增长迅速、耗电量大的新型负载进行节能降碳,充分挖掘其调节潜力具有重大意义。为充分发挥数据中心负载灵活性,提出一种考虑负载响应特性的数据中心综合能源系统优化调度的方法。首先,建立了数据中心综合能源系统优化调度框架,对数据中心的负载响应特性和能耗设备进行建模,对数据中心冷、热、电3种负荷展开研究;其次,确定目标函数和约束条件,以数据中心能源系统运行成本最低为目标建立优化模型;最后,以某数据中心为例进行仿真分析,通过对算例进行不同场景对比分析发现,最佳策略能够有效降低系统成本和能耗,实现工作负载的最佳分配。

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    19. 基于RSOC的风光氢能源系统功率分配策略研究
    李菁, 窦真兰, 王加祥, 张春雁, 鲁涛, 倪耀兵
    综合智慧能源    2023, 45 (7): 78-86.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.07.009
    摘要122)   HTML1)    PDF (1415KB)(241)   

    可逆固体氧化物电池(RSOC)作为新型氢能储技术在可再生综合能源系统中具有广泛的应用前景。然而,与低温氢储能技术以堆功率代表系统功率进行功率分配策略研究相比,RSOC电堆外围需配置高功耗辅助系统(BOP)来维持其高温运行,且系统功率调控速率受温度安全限制。因此,RSOC氢电转化系统的BOP功耗和功率调控速率约束对系统功率分配有着显著的影响。为此,建立了基于RSOC的风光氢综合能源系统模型,着重开发了考虑BOP功耗的RSOC氢电转化系统功率模型。同时,提出一种基于RSOC的风光氢综合能源系统功率分配优化方法,考虑RSOC功率调控速率、各系统容量等约束条件,建立以系统日运行成本最小化、风光消纳最大化为目标的功率分配优化策略,并通过多目标粒子群优化算法求解该问题。优化结果显示,该算法能够获得优越的功率分配策略,与一般的功率分配策略相比,优化后的功率分配策略能够获得更高的系统收益。此外,电网和蓄电池的参与增加了系统的功率调节的灵活性,降低了系统整体运行功率。

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    20. 综合能源系统多场景优化运行模式综合评估方法研究
    钟永洁, 纪陵, 李靖霞, 檀庭方, 范仲鸣, 李昊航
    综合智慧能源    2023, 45 (10): 18-24.   DOI: 10.3969/j.issn.2097-0706.2023.10.003
    摘要121)   HTML8)    PDF (1083KB)(197)   

    综合能源系统通过合理优化调度、分配异质能源,可实现多能源的耦合与联合供应,提高能源综合利用效率,有效提升可再生能源消纳能力及供能可靠性。提出了一种基于层次分析法(AHP)的综合能源系统多场景优化运行模式综合评估方法。首先,构建综合能源系统评价指标,包括节能率、能量损失、新能源占比、新能源消纳率、运行维护成本;然后,建立综合能源系统多场景优化运行模式模型,包括经济型优化运行模式、环保型优化运行模式及节能型优化运行模式模型;最后,基于AHP建立综合能源系统层次结构模型,构造综合能源系统综合评价判断矩阵,进行层次单排序及其一致性检验以及层次总排序及其一致性检验,以综合评估综合能源系统多场景优化运行模式。算例分析表明,该评估方法可有效地对综合能源系统多场景优化运行模式进行综合评估。

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